DE4122195A1 - Lautstaerkeregelvorrichtung fuer ein tonsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Lautstärkeregelvorrichtung zur Regelung der Lautstärke eines Tonsystems.

Zur Regelung der Lautstärke eines analogen Tonsystems wird ein analoges Tonsignal durch einen Regelwiderstand gedämpft. Dagegen wird in einem ditigalen Tonsystem, das eine Schaltung zur Verarbeitung eines Digitalsignals hat, ein Digitalsignal in der Verarbeitungsschaltung verarbeitet und gedämpft, wo­ nach es in ein Analogsignal umgewandelt wird.

Gemäß Fig. 9 umfaßt eine konventionelle Lautstärkeregelvor­ richtung zur Regelung eines Analogsignals Verstärker 1 und 2 sowie einen zwischen ihnen angeordneten Regelwiderstand VR zur Regelung des Pegels des Ausgangssignals Vout in Abhän­ gigkeit von seinem Widerstandswert.

Wenn der Regelwiderstand VR so betätigt wird, daß sein ver­ schiebbarer Kontakt mit dem Widerstand an einem Punkt a in Kontakt gelangt, um die maximale Lautstärke zu liefern, wird das Eingangssignal Vin nicht gedämpft. Infolgedessen hat das Ausgangssignal Vout einen Pegel, der vom Verstärker 2 ver­ stärkt wird. Das Eingangssignal Vin wird genutzt, und dieser Fall wird nachstehend als Ausnutzungsfaktor "1" bezeichnet.

Wenn jedoch der Regelwiderstand VR so betätigt wird, daß sein verschiebbarer Kontakt mit dem Widerstand an einem Punkt b in Kontakt gelangt, um dadurch eine minimale Lautstärke zu lie­ fern, wird das Eingangssignal Vin durch den Regelwiderstand VR ausreichend gedämpft. Daher wird ein kleines Ausgangssi­ gnal Vout erzeugt. Das Eingangssignal wird überhaupt nicht genutzt (Ausnutzungsfaktor "0").

Insbesondere dann, wenn der Wert des Regelwiderstands VR auf den Maximalwert erhöht wird, wird daher der Ausnutzungsfaktor des Eingangssignals Null, so daß Rauschen, das von in der Schaltung vorgesehenen elektronischen Bauelementen wie etwa dem Regelwiderstand VR und den Verstärkern 1 und 2 erzeugt wird, hervorgehoben wird. Infolgedessen ist der Rauschabstand erheblich kleiner als derjenige des Maximalwerts, bei dem der kleinste Widerstandswert zur Anwendung kommt.

Fig. 10 zeigt ein Beispiel einer digitalen Dämpfungseinrich­ tung für Digitalsignale. Das digitale Eingangssignal Vin wird einem Digitalsignalprozessor (DSP) 3 zugeführt, der einen Rechner (nicht gezeigt) aufweist, in dem das Eingangssignal Vin verarbeitet wird. Das Ausgangssignal des Prozessors 3 wird von einem Digital-Analog-Wandler 4 in ein Analogsignal umgewandelt und als Ausgangssignal Vout ausgegeben.

Dabei multipliziert der Rechner des DSP 3 ein m-Bit-Eingangs­ signal mit einem n-Bit-Koeffizienten zur Dämpfung des Ein­ gangssignals, und der Digital-Analog-Wandler 4 wandelt höher­ wertige Bits in das Analogsignal um. Wenn jedoch das digitale Eingangssignal Vin klein ist, werden wertniedrigere Bits nicht in das Analogsignal umgewandelt, und zwar ungeachtet der Tatsache, daß in den wertniedrigeren Bits Informationen enthalten sind.

Daher sind die konventionellen Lautstärkeregelvorrichtungen insofern nachteilig, als entweder das Rauschen hervorgehoben wird oder die Signale verzerrt sind, wenn die Lautstärke ver­ ringert wird, so daß die Güte der wiedergegebenen Ausgangs­ größe, also die Tongüte, verschlechtert wird.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Bereitstellung einer Lautstärkeregelvorrichtung, mit der die Güte der Tonwieder­ gabe verbessert werden kann.

Gemäß der Erfindung wird eine Lautstärkeregelvorrichtung für ein Tonsystem angegeben, die aufweist: eine Änderungsein­ richtung zum Ändern des Pegels eines Eingangssignals zur Er­ zeugung eines geanderten Signals und einen Operationsverstär­ ker, dem das geänderte Signal an einem seiner Eingänge zuge­ führt wird, während seinem anderen Eingang ein nichtgeänder­ tes Eingangssignal zugeführt wird, so daß er ein Ausgangs­ signal erzeugt, dessen Pegel der Differenz zwischen dem geänderten Signal und dem nichtgeänderten Eingangssignal entspricht.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist dabei das Eingangssignal ein Analogsignal, und die Verstelleinrichtung ist ein Regel­ widerstand.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist das Eingangs­ signal ein Digitalsignal, und die Änderungseinrichtung ist ein digitales Dämpfungsglied. Die Regeleinrichtung umfaßt ferner ein Paar von Digital-Analog-Wandlern, von denen der eine ein gedämpftes Digitalsignal und der andere ein unge­ dämpftes digitales Eingangssignal umwandelt. Dem Operations­ verstärker werden die Ausgangssignale der beiden Digital- Analog-Wandler zugeführt.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Schaltung einer analogen Lautstärkeregelvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 bis 5 verschiedene Modifikationen der analogen Lautstär­ keregelvorrichtung;

Fig. 6 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der digitalen Lautstärkeregelvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines in der Vorrichtung von Fig. 6 vorgesehenen Digitalsignalprozessors;

Fig. 8 eine Modifikation der digitalen Lautstärkeregel­ vorrichtung;

Fig. 9 ein Schaltbild einer konventionellen analogen Lautstärkeregelvorrichtung; und

Fig. 10 ein Schaltbild einer konventionellen digitalen Lautstärkeregelvorrichtung.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1-8 werden nachstehend Ausfüh­ rungsbeispiele beschrieben, wobei gleiche Teile wie in den Fig. 9 und 10 mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Gemäß Fig. 1 wird das erste Ausführungsbeispiel der Laut­ stärkeregelvorrichtung in einem analogen Tonsystem angewandt und weist den Regelwiderstand VR sowie einen Differenzver­ stärker 6a auf. Das Eingangssignal Vin wird einem nichtinver­ tierenden Eingang (+) des Differenzverstärkers 6a direkt und dem invertierenden Eingang (-) durch den Regelwiderstand VR zugeführt.

Wenn der Regelwiderstand VR so betätigt wird, daß sein ver­ schiebbarer Kontakt mit einem Punkt a in Kontakt liegt, sind die beiden Eingängen des Verstärkers 6a zugeführten Eingangs­ signale miteinander identisch, so daß ein Ausgangssignal Vout erzeugt wird, das Null ist. Da die Eingangsignale Vin mit dem gleichen Pegel zugeführt werden, ist der Ausnutzungsfaktor des Signals 2.

Wenn dagegen der Regelwiderstand VR so betätigt wird, daß sein verschiebbarer Kontakt mit einem Punkt b in Kontakt liegt, wird dem invertierenden Eingang (-) des Differenz­ verstärkers 6a ein Signal zugeführt, das von dem Regelwider­ stand VR in ausreichendem Maß auf einen niedrigen Pegel ge­ dämpft ist. Somit wird das Ausgangssignal des Differenzver­ stärkers 6a um einen vorbestimmten Betrag nach Maßgabe der Differenz zwischen den Eingangssignalen verstärkt. Da nur dem nichtinvertierenden Eingang (+) des Verstärkers 6a das Ein­ gangssignal Vin zugeführt wird, ist der Ausnutzungsgrad 1.

Die Lautstärke kann zwar verringert sein, aber der Ausnut­ zungsfaktor wird auf einem Wert von mehr als 1 gehalten, so daß die Hervorhebung von Rauschen verhindert wird, wodurch eine Verschlechterung der Tonwiedergabegüte unterdrückt wird.

Fig. 2 zeigt eine Modifikation des ersten Ausführungsbei­ spiels, wobei einem invertierenden Eingang (-) eines Dif­ ferenzverstärkers 6b das Eingangssignal Vin direkt zugeführt wird, während es seinem nichtinvertierenden Eingang (+) über den Regelwiderstand VR zugeführt wird. Die Lautstärkeregel­ vorrichtung arbeitet ebenso wie die in Fig. 1 gezeigte.

Fig. 3 zeigt eine weitere Modifikation der analogen Lautstär­ keregelvorrichtung mit dem Differenzverstärker 6b, dessen nichtinvertierendem Eingang das Eingangssignal Vin durch einen Widerstand R1 direkt zugeführt wird. Ein Widerstand R3 ist zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 6b geschaltet. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 6b wird dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 6a zugeführt. Ein Widerstand R2 und der Regelwiderstand VR sind zwischen den invertierenden Ein­ gang des Differenzverstärkers 6a und den nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 6b geschaltet. Widerstände R3 und R4 sind zwischen den Ausgang des Differenzverstärkers 6a und den nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstär­ kers 6a geschaltet.

Nachstehend wird die Funktionsweise der Lautstärkeregelvor­ richtung beschrieben unter der Annahme von R1 = 0 und R2 = ∞. Wenn der Regelwiderstand VR so betätigt wird, daß ein maxi­ maler Widerstand VRmax vorliegt und dadurch ein maximaler Lautstärkepegel erzeugt wird, wird dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 6a das Eingangssignal Vin nicht zu­ geführt. Dagegen wird dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 6b das Eingangssignal Vin zugeführt, dessen Pegel unverändert ist. Somit gilt:

Vout/Vin = (R3+R4)/R3.

Wenn andererseits der Regelwiderstand VR so betätigt wird, daß ein minimaler Widerstand VRmin vorliegt, so daß die kleinste Lautstärke erzeugt wird, wird das Eingangssignal Vin nicht dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstär­ kers 6b, sondern dem invertierenden Eingang des Differenzver­ stärkers 6a ohne Änderung seines Pegels zugeführt. Somit gilt:

Vout/Vin = -(R4/R3).

Unter der Annahme von R1 = R3 und R2 = R4 wird, wenn der Widerstand des Regelwiderstands maximal ist (VRmax), um die maximale Lautstärke zu liefern, die Beziehung zwischen dem Ausgangssignal Vout und dem Eingangssignal Vin wie folgt geschrieben:

Vout/Vin = R2/(R1 + R2) · (R3 + R4)/R3

= R2/R1.

Der Minimalwiderstand VRmin des Regelwiderstands VR wird wie folgt geschrieben:

VRmin = VRmax - (R4/R3)

= (R4/R3) - (R4/R3)

= 0.

Gemäß Fig. 4, die ein weiteres Beispiel der analogen Laut­ stärkeregelvorrichtung zeigt, wird das Eingangssignal Vin dem nichtinvertierenden Eingang des Differenzverstärkers 6a di­ rekt und seinem invertierenden Eingang das Eingangssignal Vin durch den Regelwiderstand VR, den Verstärker 2 und einen Widerstand R1 zugeführt. Ein Widerstand R2 ist zwischen den Ausgang des Differenzverstärkers 6a und seinen invertierenden Eingang geschaltet.

Im Gebrauch ist der Ausnutzungsfaktor des Eingangssignals Vin immer größer als 1, ungeachtet des Werts des Regelwiderstands VR. Somit wird eine Verschlechterung der Tongüte verhindert.

Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 6a wird als

• -(R2/R1) Vn geschrieben, wobei Vn eine Rauschspannung des Verstärkers 2 ist. Somit ist die Tonwiedergabegüte gering­ fügig schlechter als bei der Lautstärkeregelvorrichtung von Fig. 3.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Beispiel der analogen Lautstärke­ regelvorrichtung, wobei das Eingangssignal Vin dem nichtin­ vertierenden Eingang des Differenzverstärkers 6a durch den Regelwiderstand VR zugeführt wird. Die dem nichtinvertie­ renden Eingang zugeführte Spannung ist eine Klemmenspannung des Widerstands R3. Andererseits wird das Eingangssignal Vin dem invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 6a durch den Widerstand R1 zugeführt. Der Widerstand R2 ist zwischen den Ausgang und den invertierenden Eingang des Differenzver­ stärkers 6a geschaltet. Die Funktionsweise entspricht der­ jenigen der vorher beschriebenen Modifikationen.

Aufgrund der relativen Positionen des Widerstands R1 und des Regelwiderstands VR kann bei der Lautstärkeregelvorrichtung nach Fig. 5 der Verstärker 6a keine Verstärkung liefern, die größer als Eins ist. Somit ist die Tongüte geringfügig schlechter als bei der Lautstärkeregelvorrichtung nach Fig. 3.

Die Fig. 6 und 8 zeigen Beispiele einer digitalen Lautstärke­ regelvorrichtung. Nach Fig. 6 wird ein digitales Tonsignal einem Digitalsignalprozessor (DSP) 7 zugeführt, wo es in vor­ bestimmter Weise verarbeitet wird. Gemäß Fig. 7 hat der DSP 7 einen Haltekreis 7a zum Halten des digitalen Eingangssignals Vin und einen Rechner 7b zum Verarbeiten des im Haltekreis 7a gehaltenen Digitalsignals. Ein Koeffizientengeber 7A liest einen der Dämpfung entsprechenden Koeffizienten aus einer Koeffizienten-Nachschlagetabelle 7d aus, in der eine Vielzahl von Koeffizienten gespeichert ist, deren Wert jeweils kleiner als 1,0 ist. Der ausgelesene Koeffizient wird dem Rechner 7b zugeführt, so daß das Digitalsignal im Haltekreis 7a mit dem Koeffizienten multipliziert wird, wodurch das Signal Vin ge­ dämpft wird. Der DSP 7 hat ferner einen Haltekreis 7c zum Halten des gedämpften Signals. Das gedämpfte Signal und das ungedämpfte Signal werden den Digital-Analog-Wandlern 8a bzw. 8b zugeführt, so daß die Digitalsignale in Analogsignale um­ gewandelt werden. Die Ausgangssignale der Digital-Analog- Wandler 8a und 8b werden dem nichtinvertierenden Eingang bzw. dem invertierenden Eingang (-) des Differenzverstärkers 6a zugeführt, so daß ein Ausgangssignal Vout nach Maßgabe der Differenz zwischen dem gedämpften und dem ungedämpften Signal erzeugt wird.

Wenn im Gebrauch die Lautstärke nicht verringert ist, so daß die Dämpfung 0 dB beträgt, werden beiden Eingängen des Diffe­ renzverstärkers 6a gleiche Signale zugeführt. Somit erzeugt der Differenzverstärker 6a ein Ausgangssignal Null. Wenn da­ gegen das Eingangssignal Vin in dem DSP 7 zur Lautstärkever­ ringerung gedämpft wird, erzeugt der Differenzverstärker 6a ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Differenz zwischen den Signalen. Daher ist der Ausnutzungsfaktor immer größer als Eins. Infolgedessen wird die Auswirkung des während der Verarbeitung des Signals im DSP 7 auftretenden Umwandlungs­ fehlers unterdrückt, so daß die Tongüte aufrechterhalten werden kann.

Fig. 8 zeigt eine Modifikation der digitalen Lautstärkeregel­ vorrichtung. Der DSP 7 dieses Beispiels hat ein Nichtglied, in dem das gedämpfte Signal invertiert wird. Außerdem hat die Lautstärkeregelvorrichtung ein Addierglied 8c, dem das ge­ dämpfte und dann invertierte Analogsignal sowie das unge­ dämpfte Analogsignal von den Digital-Analog-Wandlern 8a bzw. 8b zugefüürt werden und der beide Signale verknüpft. Das Ausgangssignal des Addierglieds 8c wird dem nichtinvertieren­ den Eingang des Differenzverstärkers 6a zugeführt, dessen invertierendem Eingang ein Referenzsignal Ref zugeführt wird. Der Differenzverstärker 6a vergleicht die verknüpften positi­ ven und negativen Signale mit dem Referenzsignal Ref unter Erzeugung eines Ausgangssignals in Abhängigkeit von der Dif­ ferenz zwischen ihnen. Somit ist der Ausnutzungsfaktor des Signals größer als Eins, so daß die Auswirkung des Umwand­ lungsfehlers am Digital-Analog-Wandler 8a verringert werden kann.

Gemäß der Erfindung ist ungeachtet der Änderung der Lautstar­ ke der Tonwiedergabe der Ausnutzungsfaktor des Eingangssi­ gnals immer größer als Eins, so daß eine Verschlechterung der Tonwiedergabegüte vermieden wird.

Claims (3)

1. Lautstärkeregelvorrichtung für ein Tonsystem, gekennzeichnet durch
eine Änderungseinrichtung (VR) zum Ändern des Pegels eines Eingangssignals und zur Erzeugung eines geänderten Signals; und
einen Operationsverstärker (6a), dessen einem Eingang das geänderte Signal und dessen anderem Eingang ein nichtgeänder­ tes Eingangssignal zugeführt wird und der ein Ausgangssignal bildet, dessen Pegel der Differenz zwischen dem geänderten und dem nichtgeänderten Eingangssignal entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Eingangssignal ein Analogsignal und die Änderungs­ einrichtung ein Regelverstärker (VR) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß das Eingangssignal ein Digitalsignal ist, daß die Ände­ rungseinrichtung eine digitale Dämpfungseinrichtung (7) ist und daß ferner ein Paar von Digital-Analog-Wandlern (8a, 8b) vorgesehen ist, deren einer der Umwandlung eines gedämpften Digitalsignals und deren anderer der Umwandlung eines unge­ dämpften digitalen Eingangssignals dient, wobei dem Opera­ tionsverstärker (6a) die Ausgangssignale beider Digital- Analog-Wandler zugeführt werden.